(57)【要約】【課題】炭化珪素（ＳｉＣ）基板との良好なオーミック特性が確保され、剥がれやダメージが抑制された表面メタライズ構造を有するＳｉＣ半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】ＳｉＣ基板１を用いた半導体装置１０であって、ＳｉＣ基板１の表面において、第１金属の珪化物層１１ａと第２金属の炭化物層１２ａが、順次形成されてなり、前記第１金属が、ニッケル（Ｎｉ）もしくはニッケル（Ｎｉ）合金であり、前記第２金属が、チタン（Ｔｉ），タンタル（Ｔａ）もしくはタングステン（Ｗ）である半導体装置１０とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素（ＳｉＣ）基板を用いた半導体装置であって、
前記ＳｉＣ基板の表面において、第１金属の珪化物層と第２金属の炭化物層が、順次形成されてなり、
前記第１金属が、ニッケル（Ｎｉ）もしくはニッケル（Ｎｉ）合金であり、
前記第２金属が、チタン（Ｔｉ），タンタル（Ｔａ）もしくはタングステン（Ｗ）であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１金属が、Ｎｉであり、
前記第２金属が、Ｔｉであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１金属の珪化物層中および／または前記第２金属の炭化物層中に、カーボン（Ｃ）粒子もしくはグラファイト（Ｃ）粒子が析出してなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２金属の炭化物層中に、前記第１金属の粒子もしくは前記第１金属とシリコン（Ｓｉ）の合金からなる粒子が析出してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２金属の炭化物層上に、前記第１金属，前記第２金属もしくは前記第１金属と前記第２金属の合金からなる第３金属層が形成されてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２金属の炭化物層上または前記第３金属層上に、
白金（Ｐｔ），タングステン（Ｗ）もしくはチタン−タングステン（Ｔｉ−Ｗ）合金からなるバリア層が形成され、
前記バリア層上に、金（Ａｕ）もしくは金（Ａｕ）合金からなる第４金属層が形成されてなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記バリア層の厚さが、２０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２金属の炭化物層または前記第３金属層と前記バリア層の間に、
チタン（Ｔｉ）もしくはクロム（Ｃｒ）からなるバッファ層が形成されてなることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ＳｉＣ基板に形成された第４金属層が、金（Ａｕ）基はんだを介して、基材にはんだ付け接合されることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記ＳｉＣ基板に形成された第４金属層が、基材に対して、金（Ａｕ）−金（Ａｕ）圧縮接続されることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
炭化珪素（ＳｉＣ）基板を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記ＳｉＣ基板の表面に、第２金属からなる層を形成する第２金属層形成工程と、
前記第２金属層上に、第１金属からなる層を形成する第１金属層形成工程と、
前記第２金属層／前記第１金属層が形成されたＳｉＣ基板を、６００℃以上で熱処理する熱処理工程とを有してなり、
前記第１金属が、ニッケル（Ｎｉ）もしくはニッケル（Ｎｉ）合金であり、
前記第２金属が、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）もしくはタングステン（Ｗ）であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１金属が、Ｎｉであり、
前記第２金属が、Ｔｉであることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２金属層の厚さが、５ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であり、
前記第１金属層の厚さが、１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記熱処理工程における熱処理温度が、９００℃以上、１１００℃以下であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記熱処理を、１×１０−８Ｔｏｒｒ以下の真空中で行うことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第２金属層形成工程、第１金属層形成工程および熱処理工程を、同一チャンバ内で連続して行うことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記熱処理工程によって、前記第２金属層と前記第１金属層による熱処理層が形成されたＳｉＣ基板の表面に、白金（Ｐｔ），タングステン（Ｗ）もしくはチタン−タングステン（Ｔｉ−Ｗ）合金からなるバリア層を形成するバリア層形成工程と、
前記バリア層上に、金（Ａｕ）もしくは金（Ａｕ）合金からなる第４金属層を形成する
第４金属層形成工程とを有することを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第２金属層と前記第１金属層による熱処理層と前記バリア層の間に、
チタン（Ｔｉ）もしくはクロム（Ｃｒ）からなるバッファ層を形成するバッファ層形成工程を有することを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記バッファ層および／またはバリア層を、スパッタにより形成することを特徴とする請求項１７または１８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記バッファ層および／またはバリア層を形成する前に、前記第２金属層と前記第１金属層による熱処理層の表面を、アルゴン（Ａｒ）プラズマ処理することを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記バッファ層形成工程および／またはバリア層形成工程と前記第４金属層形成工程を、同一チャンバ内で連続して行うことを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記バッファ層形成工程および／またはバリア層形成工程と前記第４金属層形成工程を、１×１０−８Ｔｏｒｒ以下の真空中で行うことを特徴とする請求項１７乃至２１のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記ＳｉＣ基板に形成された第４金属層を、金（Ａｕ）基はんだを介して、基材にはんだ付け接合することを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記ＳｉＣ基板に形成された第４金属層を、基材に対して、金（Ａｕ）−金（Ａｕ）圧縮接続することを特徴とする請求項１７Ｇ乃至２２のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）基板を用いた半導体装置およびその製造方法に関し、特にＳｉＣ半導体装置の表面メタライズ構造とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣを用いた半導体素子（装置）の電極構造およびその製造方法が、特開２００３−２４３３２３号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
図７（ａ）〜（ｄ）は、ＳｉＣ基板を用いた従来の半導体装置において、電極形成等のために通常用いられる表面メタライズ方法を示す工程別断面図である。尚、図７（ａ）〜（ｄ）では、ヒートシンクやリードフレーム等の基材に半導体装置９をマウントする場合を想定して、ＳｉＣ基板１の裏面（図の下方）側にメタライズ層を形成している。
【０００４】
従来のメタライズ方法においては、図７（ａ）に示すように、最初に、ＳｉＣ基板１の表面に、コンタクトを取るためのニッケル（Ｎｉ）膜２を形成する。
【０００５】
次に、オーミック特性を得るために、Ｎｉ膜２が形成されＳｉＣ基板１を高温で熱処理する。
【０００６】
この高温熱処理を行うと、図７（ｂ）に示すように、熱処理後のＮｉ膜２とＳｉＣ基板１の反応層２ａの表面に、Ｎｉの炭化物や炭素（Ｃ）粒子からなる中間生成層３が形成される。このＮｉの炭化物やＣ粒子からなる中間生成層３が存在すると、次に形成する電極や配線のための金属膜４の密着強度が低下し、金属膜４が剥離し易い。
【０００７】
これを避けるため特許文献１の製造方法においては、高温熱処理によって生成したＮｉの炭化物やＣ粒子からなる中間生成層３を、図７（ｃ）に示すように、Ａｒスパッタ等の物理的手段で除去している。
【０００８】
最後に、図７（ｄ）に示すように、反応層２ａ上に、電極や配線となる金（Ａｕ）等の金属層４を形成する。
【０００９】
以上で、反応層２ａと金属層４からなるＳｉＣ半導体装置９の表面メタライズ構造が完成する。
【特許文献１】特開２００３−２４３３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図７（ａ）〜（ｄ）に示すＳｉＣ基板１の表面メタライズ方法では、オーミック特性を得るための高温熱処理によって生成したＮｉの炭化物やＣ粒子からなる中間生成層３を、Ａｒスパッタ等の物理的手段で除去している。しかしながら、中間生成層３の生成状況にはばらつきがあり、Ａｒスパッタ等の物理的手段を用いても、中間生成層３を完全に除去することは困難である。また、Ａｒスパッタ等の物理的手段による中間生成層３の除去は、反応層２ａにダメージを与えてオーミック特性が劣化する可能性があり、後に形成する電極や配線となる金属層４にダメージを与える可能性がある。
【００１１】
そこで本発明は、ＳｉＣ基板との良好なオーミック特性が確保され、剥がれやダメージが抑制された表面メタライズ構造を有するＳｉＣ半導体装置およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１〜１０に記載の発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）基板を用いた半導体装置に関する発明である。
【００１３】
請求項１に記載の発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）基板を用いた半導体装置であって、前記ＳｉＣ基板の表面において、第１金属の珪化物層と第２金属の炭化物層が、順次形成されてなり、前記第１金属が、ニッケル（Ｎｉ）もしくはニッケル（Ｎｉ）合金であり、前記第２金属が、チタン（Ｔｉ），タンタル（Ｔａ）もしくはタングステン（Ｗ）であることを特徴としている。
【００１４】
上記半導体装置における第１金属の珪化物層と第２金属の炭化物層は、後述するように、当該半導体装置の製造段階における高温の熱処理工程において形成される層である。
【００１５】
上記ニッケル（Ｎｉ）もしくはニッケル（Ｎｉ）合金からなる第１金属の珪化物層は、第１金属がＳｉＣ基板のシリコン（Ｓｉ）と反応して形成された珪化物層であり、この第１金属の珪化物層によって、ＳｉＣ基板との良好なオーミック接続特性が確保される。また、チタン（Ｔｉ），タンタル（Ｔａ）もしくはタングステン（Ｗ）からなる第２金属の炭化物層は、第２金属がＳｉＣ基板の分解物である炭素（Ｃ）原子と反応して形成された炭化物層であり、上記製造段階における高温の熱処理時において、ＳｉＣ基板の分解物であるＣ原子の表面への拡散を防止するストッパとして機能した後に形成された層である。従って、高温熱処理後の上記第２金属の炭化物層の表面には、上記第１金属の炭化物やＣ粒子が析出しない。このため、次に形成する電極や配線となる金属層の剥がれを防止することができる。
【００１６】
また、従来のように、高温熱処理後の表面に生成していた炭化物やＣ粒子をＡｒスパッタ等の物理的手段で除去する必要がない。従って、第１金属の珪化物層と第２金属の炭化物層にはＡｒスパッタ等の物理的手段によるダメージも発生せず、オーミック特性の劣化も生じない。
【００１７】
以上のようにして、上記半導体装置は、ＳｉＣ基板との良好なオーミック特性が確保され、剥がれやダメージが抑制された表面メタライズ構造を有するＳｉＣ半導体装置とすることができる。
【００１８】
請求項２に記載のように、上記半導体装置においては、特に、前記第１金属がＮｉであり、前記第２金属がＴｉであることが好ましい。
【００１９】
請求項３に記載のように、上記半導体装置においては、前記第１金属の珪化物層中および／または前記第２金属の炭化物層中に、ＳｉＣ基板の分解生成物であるカーボン（Ｃ）粒子もしくはグラファイト（Ｃ）粒子が析出していてもよい。
【００２０】
カーボン（Ｃ）粒子もしくはグラファイト（Ｃ）粒子の析出が第２金属の炭化物層の表面でなければ、上記したように、次に形成する電極や配線となる金属層の剥がれを防止することができる。また、Ａｒスパッタ等の物理的手段で除去する必要もないため、第１金属の珪化物層と第２金属の炭化物層にはダメージも発生せず、オーミック特性の劣化も生じない。
【００２１】
同様にして、請求項４に記載のように、上記半導体装置においては、前記第２金属の炭化物層中に、前記第１金属の粒子もしくは前記第１金属とシリコン（Ｓｉ）の合金からなる粒子が析出していてもよい。
【００２２】
また、請求項５に記載のように、上記半導体装置においては、前記第２金属の炭化物層上に、前記第１金属，前記第２金属もしくは前記第１金属と前記第２金属の合金からなる第３金属層が形成されていてもよい。
【００２３】
この場合にも上記と同様に、次に形成する電極や配線となる金属層の剥がれを防止することができ、第１金属の珪化物層と第２金属の炭化物層には、ダメージも発生せず、オーミック特性の劣化も生じない。尚、後述するように、上記第３金属層の形成には新たな工程を必要とせず、高温熱処理前の初期の金属層厚さを適宜設定するだけで形成できる。このため、製造コストが増大することもない。
【００２４】
請求項６に記載のように、上記半導体装置においては、前記第２金属の炭化物層上または前記第３金属層上に、白金（Ｐｔ），タングステン（Ｗ）もしくはチタン−タングステン（Ｔｉ−Ｗ）合金からなるバリア層が形成され、前記バリア層上に、金（Ａｕ）もしくは金（Ａｕ）合金からなる第４金属層が形成されてなることが好ましい。
【００２５】
上記バリア層は、後工程のはんだ付け温度（１５０〜５００℃）においても融解しない材料であり、実装時にはんだ材の拡散を防止する役割を持つ。また、上記第４金属層（およびバリア層）は、低抵抗であると同時に高い耐熱性を有し、後述する金（Ａｕ）基はんだ材との適合性もよい。従って、上記第４金属層（およびバリア層）は、ＳｉＣの高耐熱性を阻害することがなく、電極や配線を形成するための金属層として好適である。
【００２６】
請求項７に記載のように、前記バリア層の厚さは、２０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
これによって、第１金属のニッケル（Ｎｉ）またはニッケル（Ｎｉ）合金と第４金属層
を構成する金（Ａｕ）もしくは金（Ａｕ）合金あるいは後工程のはんだ材との相互拡散を十分に防止することができ、上記した各層の機能を効果的に発揮させることができる。
【００２８】
また、請求項８に記載のように、前記第２金属の炭化物層または前記第３金属層と前記バリア層の間には、チタン（Ｔｉ）もしくはクロム（Ｃｒ）からなるバッファ層が形成されていてもよい。これによって、第２金属の炭化物層または第３金属層と前記白金（Ｐｔ），タングステン（Ｗ）もしくはチタン−タングステン（Ｔｉ−Ｗ）合金からなるバリア層の間の密着性を向上することができる。
【００２９】
請求項９に記載のように、上記半導体装置は、前記ＳｉＣ基板に形成された第４金属層を、金（Ａｕ）−ゲルマニウム（Ｇｅ）や金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）といった金（Ａｕ）基はんだを介して、基材にはんだ付け接合することができる。
【００３０】
これによって、ＳｉＣの高耐熱性を阻害することなく、
１５０〜２５０℃の高温において当該半導体装置を動作させることができると共に、高い信頼性を確保することができる。従って、上記金（Ａｕ）基はんだを介した接合は、例えば、当該半導体装置をヒートシンクやリードフレームなどの基材に搭載する場合の裏面側の接合に好適である。
【００３１】
また、請求項１０に記載のように、上記半導体装置は、前記ＳｉＣ基板に形成された第４金属層が、基材に対して、金（Ａｕ）−金（Ａｕ）圧縮接続されるように構成してもよい。
【００３２】
この場合には、ＳｉＣの高耐熱性を阻害することなく、
２５０℃以上の高温において当該半導体装置を動作させることができると共に、高い信頼性を確保することができる。
【００３３】
請求項１１〜２４に記載の発明は、上記した半導体装置の製造方法に関する発明である。  
【００３４】
請求項１１に記載の発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）基板を用いた半導体装置の製造方法であって、前記ＳｉＣ基板の表面に、第２金属からなる層を形成する第２金属層形成工程と、前記第２金属層上に、第１金属からなる層を形成する第１金属層形成工程と、前記第２金属層／前記第１金属層が形成されたＳｉＣ基板を、６００℃以上で熱処理する熱処理工程とを有してなり、前記第１金属が、ニッケル（Ｎｉ）もしくはニッケル（Ｎｉ）合金であり、前記第２金属が、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）もしくはタングステン（Ｗ）であることを特徴としている。
【００３５】
上記半導体装置の製造方法により、前述した請求項１〜５に記載の半導体装置が製造される。
【００３６】
ここで、第１金属層を構成する第１金属としてＮｉもしくはＮｉ合金を用いる理由は、これらの金属が上記熱処理工程においてＳｉＣ基板と反応し、ＮｉもしくはＮｉ合金からなる第１金属の珪化物層を形成して、ＳｉＣ基板との良好なオーミック特性を確保するためである。また、第２金属層を構成する第２金属としてＴｉ、ＴａもしくはＷを用いる理由は、これらの金属が上記熱処理工程においてＳｉＣ基板の分解物である炭素（Ｃ）原子と反応し、Ｔｉ、ＴａもしくはＷからなる第２金属の炭化物層を形成して、Ｃ原子の表面への拡散を防止するためである。従って、第２金属は、ＳｉＣ基板の分解物であるＣ原子の表面への拡散を防止するストッパとして機能させるために形成された層である。
【００３７】
尚、上記半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の効果については前述したとおりであり、その説明は省略する。
【００３８】
請求項１２に記載のように、上記半導体装置の製造方法においては、特に、ＳｉＣ基板との反応において、前記第１金属がＮｉであることが好ましく、ＳｉＣ基板の分解物であるＣ原子との反応において、前記第２金属がＴｉであることが好ましい。
【００３９】
請求項１３に記載のように、上記半導体装置の製造方法においては、前記第２金属層の厚さが、５ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であり、前記第１金属層の厚さが、１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
第２金属層の厚さと第１金属層の厚さを上記の範囲において適宜設定して、上記熱処理することにより、請求項１に記載の第１金属の珪化物層と第２金属の炭化物層が順次形成されてなる半導体装置、請求項３に記載の第１金属の珪化物層中および／または第２金属の炭化物層中にカーボン（Ｃ）粒子もしくはグラファイト（Ｃ）粒子が析出されてなる半導体装置、請求項４に記載の第２金属の炭化物層中に第１金属の粒子もしくは第１金属とシリコン（Ｓｉ）の合金からなる粒子が析出してなる半導体装置、および請求項５に記載の第２金属の炭化物層上に第１金属，第２金属もしくは第１金属と第２金属の合金からなる第３金属層が形成されてなる半導体装置を作り分けることができる。
【００４１】
請求項１４に記載のように、前記熱処理工程における熱処理温度は、９００℃以上、１１００℃以下であることが好ましい。これにより、上記熱処理後のＳｉＣ基板表面において、良好なオーミック特性を確保することができる。
【００４２】
請求項１５に記載のように、前記熱処工程における熱処理は、１×１０−８Ｔｏｒｒ以下の真空中で行うことが好ましい。これにより、熱処工程において、基板やチャンバの壁面に付着した酸素等に起因する、基板表面での不要な酸化膜の生成を抑制することができる。従って、これに起因した、次に形成する電極や配線となる金属層の密着強度の低下を、抑制することができる。
【００４３】
請求項１６に記載のように、上記半導体装置の製造方法においては、前記第２金属層形成工程、第１金属層形成工程および熱処理工程を、同一チャンバ内で連続して行うことが好ましい。これによっても、熱処工程において、基板表面での不要な酸化膜の生成を抑制することができる。従って、これに起因した、次に形成する電極や配線となる金属層の密着強度の低下を、抑制することができる。
【００４４】
請求項１７に記載の発明は、上記半導体装置の製造方法が、前記熱処理工程によって、前記第２金属層と前記第１金属層による熱処理層が形成されたＳｉＣ基板の表面に、白金（Ｐｔ），タングステン（Ｗ）もしくはチタン−タングステン（Ｔｉ−Ｗ）合金からなるバリア層を形成するバリア層形成工程と、前記バリア層上に、金（Ａｕ）もしくは金（Ａｕ）合金からなる第４金属層を形成する第４金属層形成工程とを有することを特徴としている。これによって、前述した請求項６に記載の半導体装置が製造される。
【００４５】
また、請求項１８に記載の発明は、前記第２金属層と前記第１金属層による熱処理層と前記バリア層の間に、チタン（Ｔｉ）もしくはクロム（Ｃｒ）からなるバッファ層を形成するバッファ層形成工程を有することを特徴としている。これによって、前述した請求項８に記載の半導体装置が製造される。
【００４６】
尚、これら製造方法により製造される半導体装置の効果については前述したとおりであり、その説明は省略する。
【００４７】
請求項１９に記載のように、前記バッファ層および／またはバリア層は、スパッタにより形成することが好ましい。これにより、高い密着力を持つバッファ層および／またはバリア層とすることができる。
【００４８】
また、請求項２０に記載のように、前記バッファ層および／またはバリア層を形成する前に、前記第２金属層と前記第１金属層による熱処理層の表面を、アルゴン（Ａｒ）プラズマ処理することが好ましい。これによって、熱処理層の表面がクリーニングされる。このため、これによっても、熱処理層に対するバッファ層および／またはバリア層の密着強度を高めることができる。
【００４９】
請求項２１に記載のように、前記バッファ層形成工程および／またはバリア層形成工程と前記第４金属層形成工程は、同一チャンバ内で連続して行うことが好ましい。また、請求項２２に記載のように、前記バッファ層形成工程および／またはバリア層形成工程と前記第４金属層形成工程は、１×１０−８Ｔｏｒｒ以下の真空中で行うことが好ましい。これらによって、各層形成時に、不要な酸素等の取り込みを抑制することができ、これに起因した各層の密着強度の低下を抑制することができる。
【００５０】
請求項２３に記載の発明は、前記ＳｉＣ基板に形成された第４金属層を、金（Ａｕ）基はんだを介して、基材にはんだ付け接合することを特徴としている。また、請求項２４に記載の発明は、前記ＳｉＣ基板に形成された第４金属層を、基材に対して、金（Ａｕ）−金（Ａｕ）圧縮接続することを特徴としている。これによって、それぞれ、前述した請求項９と１０に記載の半導体装置が製造される。尚、これら製造方法により製造される半導体装置の効果については前述したとおりであり、その説明は省略する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００５２】
本発明の半導体装置は、炭化珪素（ＳｉＣ）基板を用いた半導体装置であって、ＳｉＣ基板の表面において、ニッケル（Ｎｉ）もしくはニッケル（Ｎｉ）合金からなる第１金属の珪化物層と、チタン（Ｔｉ），タンタル（Ｔａ）もしくはタングステン（Ｗ）からなる第２金属の炭化物層が、順次形成されてなる半導体装置である。
【００５３】
図１は、本発明の半導体装置の一例で、半導体装置１０の模式的な断面を示す図である。
【００５４】
図１に示す半導体装置１０では、ＳｉＣ基板１の表面において、二珪化ニッケル（ＮｉＳｉ２）等からなる上記第１金属の珪化物ＮｉｘＳｉｙ層１１ａ（以後、代表してＮｉＳｉ２層と記述）と、炭化チタン（ＴｉＣ）等からな上記第２金属の炭化物ＴｉａＣｂ層１２ａ（以後、代表してＴｉＣ層と記述）が、順次形成されている。尚、図１の半導体装置１０では、ヒートシンクやリードフレーム等の基材に当該半導体装置１０をマウントするために、ＳｉＣ基板１の裏面（図の下方）側に、メタライズ層（ＮｉＳｉ２層１１ａ／ＴｉＣ層１２ａ）を形成している。
【００５５】
図１の半導体装置１０におけるＮｉＳｉ２層１１ａとＴｉＣ層１２ａは、後述するように、半導体装置１０の製造段階における高温の熱処理工程において形成された層である。ＮｉＳｉ２層１１ａは、第１金属であるＮｉがＳｉＣ基板１のシリコン（Ｓｉ）原子と反応して形成された珪化物層であり、このＮｉＳｉ２層１１ａによって、ＳｉＣ基板１との良好なオーミック接続特性が確保される。また、ＴｉＣ層１２ａは、上記高温熱処理時において、第２金属であるＴｉの層がＳｉＣ基板１の分解物である炭素（Ｃ）原子と反応して形成された炭化物層であり、ＳｉＣ基板１の分解物であるＣ原子の表面への拡散を防止するストッパとして機能した後に形成された層である。従って、高温熱処理後のＴｉＣ層１２ａの表面には、Ｎｉの炭化物やＣ粒子が析出しない。このため、次に形成する電極や配線となる金属層の剥がれを防止することができる。
【００５６】
また、図７に示す従来の製造方法ように、高温熱処理後の表面に生成していた炭化物やＣ粒子からなる層３を、Ａｒスパッタ等の物理的手段で除去する必要がない。従って、ＮｉＳｉ２層１１ａとＴｉＣ層１２ａにはＡｒスパッタ等の物理的手段によるダメージも発生せず、オーミック特性の劣化も生じない。
【００５７】
以上のようにして、図１の半導体装置１０は、ＳｉＣ基板１との良好なオーミック特性が確保され、剥がれやダメージが抑制された表面メタライズ構造を有するＳｉＣ半導体装置とすることができる。
【００５８】
図２（ａ）〜（ｃ）は、図１の半導体装置１０の製造方法を示す工程別断面図である。
【００５９】
最初に、図２（ａ）に示すように、ＳｉＣ基板１の表面に、第２金属のＴｉ層１２を形成し、次に、Ｔｉ層１２上に、第１金属のＮｉ層１１を形成する。後述するように、Ｔｉ層１２の厚さは、５ｎｍ以上、５０ｎｍ以下が好ましく、Ｎｉ層１１の厚さは、１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下が好ましい。
【００６０】
次に、Ｔｉ層１２／Ｎｉ層１１が形成されたＳｉＣ基板１を、６００℃以上の高温で熱処理する。
【００６１】
図２（ｂ）は、上記高温熱処理工程における途中状態を示す図であり、図２（ｃ）は、上記高温熱処理工程によって最終的に得られた図１の半導体装置１０を示す図である。
【００６２】
図２（ｂ）に示す高温熱処理工程において、第１金属であるＮｉは、第２金属のＴｉ層１２を通過してＳｉＣ基板１まで拡散し、ＳｉＣ基板１のＳｉ原子と反応してＮｉＳｉ２層１１ａが形成される。このようにして形成されたＮｉＳｉ２層１１ａによって、ＳｉＣ基板１との良好なオーミック接続特性が確保される。
【００６３】
一方、ＳｉＣ基板１の分解物であるＣ原子はＴｉ層１２まで拡散し、Ｔｉ層１２のＴｉ原子と反応してＴｉＣ層１２ａが形成される。従って、Ｔｉ層１２は、初期の厚さを適宜設定することで、ＳｉＣ基板１の分解物であるＣ原子の表面への拡散を防止するストッパとして機能させることができる。
【００６４】
図２（ｂ）に示す熱処理工程の熱処理温度は、ＮｉＳｉ２層１１ａによるＳｉＣ基板１との良好なオーミック特性を確保するためには、特に、９００℃以上、１１００℃以下であることが好ましい。
【００６５】
また、図２（ｂ）に示す熱処理は、１×１０−８Ｔｏｒｒ以下の真空中で行うことが好ましい。これにより、基板やチャンバの壁面に付着した酸素等に起因する、基板表面での不要な酸化膜の生成を抑制することができる。さらに、図２（ａ）に示すＴｉ層１２の形成とＮｉ層１１の形成および図２（ｂ）に示す熱処理は、同一チャンバ内で連続して行うことが好ましい。これによっても、図２（ｂ）に示す熱処工程において、基板表面での不要な酸化膜の生成を抑制することができる。従って、これら不要な酸化膜の生成に起因して発生する、次に形成する電極や配線となる金属層の密着強度の低下を抑制することができる。
【００６６】
以上、図１と図２では、第１金属がＮｉ、第２金属がＴｉからなる半導体装置１０とその製造方法について説明した。しかしながら、これに限らず、第１金属はＮｉ合金であってもよい。また、第２金属はＴａもしくはＷであってもよい。
【００６７】
第１金属としてＮｉもしくはＮｉ合金を用いる理由は、これらの金属が、図２（ｂ）に示す熱処理工程において、ＳｉＣ基板１と反応して珪化物層を形成し、ＳｉＣ基板１との良好なオーミック接続特性が確保できるためである。特に、ＳｉＣ基板１との反応においては、第１金属がＮｉであることが好ましい。
【００６８】
また、第２金属としてＴｉ、ＴａもしくはＷを用いる理由は、これらの金属が、図２（ｂ）に示す熱処理工程において、ＳｉＣ基板の分解物であるＣ原子と反応し、Ｔｉ、ＴａもしくはＷの炭化物層を形成して、Ｃ原子の表面への拡散を防止するストッパとして機能するためである。特に、ＳｉＣ基板１の分解物であるＣ原子との反応においては、第２金属がＴｉであることが好ましい。
【００６９】
図３と図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体装置に関する別の例で、それぞれ、半導体装置１５〜１８の模式的な断面を示す図である。尚、図３と図４（ａ）〜（ｃ）の半導体装置１５〜１８において、図１の半導体装置１０と同様の部分については、同じ符号を付した。
【００７０】
図３に示す半導体装置１５では、第２金属の炭化物層であるＴｉＣ層１２ａ上に、第３金属層１１ｂが形成されている。この第３金属層１１ｂは、前記した第１金属，第２金属もしくは第１金属と第２金属の合金からなる。第３金属層１１ｂとして、図３の半導体装置１５ではＮｉ層が形成されているが、例えばＴｉ層やＮｉ−Ｔｉ合金層であってもよい。
【００７１】
第３金属層１１ｂは、図２（ａ）〜（ｃ）に示した製造方法において、第２金属であるＴｉ層１２の厚さと第１金属層であるＮｉ層の厚さを厚く設定し、上記した範囲内において厚く設定し、熱処理後において、Ｎｉ層、Ｔｉ層もしくはＮｉ−Ｔｉ合金層を残すようにして形成された層である。このように、第３金属層１１ｂの形成には新たな工程を必要とせず、高温熱処理前の初期の金属層厚さを適宜設定するだけで形成できる。このため、製造コストが増大することもない。
【００７２】
尚、図３の半導体装置１５についても、図１の半導体装置１０と同様に、ＳｉＣ基板１の分解物であるＣ原子の表面への拡散を防止することができる。従って、次に形成する電極や配線となる金属層の剥がれを防止することができ、また、第１金属の珪化物層１１ａと第２金属の炭化物層にはダメージも発生せず、オーミック特性の劣化も生じない。
【００７３】
図４（ａ）〜（ｃ）に示す半導体装置１６〜１８では、いずれも、第１金属の珪化物層であるＮｉＳｉ２層１１ａ中および／または第２金属の炭化物層であるＴｉＣ層１２ａ中に、ＳｉＣ基板１の分解生成物であるカーボン（Ｃ）もしくはグラファイト（Ｃ）粒子１３が析出している。また、図４（ｂ），（ｃ）に示す半導体装置１７，１８では、第２金属の炭化物層であるＴｉＣ層１２ａ中に、第１金属であるＮｉもしくはＮｉとＳｉの合金からなる粒子１４が析出している。
【００７４】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すＮｉＳｉ２層１１ａ中および／またはＴｉＣ層１２ａ中のカーボン（Ｃ）もしくはグラファイト（Ｃ）粒子１３、あるいはＴｉＣ層１２ａ中のＮｉもしくはＮｉとＳｉの合金からなる粒子１４も、図２（ａ）〜（ｃ）に示した製造方法におけるＴｉ層１２とＮｉ層の厚さ、および熱処理条件の違いによって生成する。
【００７５】
尚、図４（ａ）〜（ｃ）の半導体装置１６〜１８についても、カーボン（Ｃ）もしくはグラファイト（Ｃ）粒子１３あるいはＮｉもしくはＮｉとＳｉの合金からなる粒子１４の析出がＴｉＣ層１２ａあるいは第３金属層１１ｂの表面でなければ、上記したように、次に形成する電極や配線となる金属層の剥がれを防止することができる。また、Ａｒスパッタ等の物理的手段で除去する必要もないため、ＮｉＳｉ２層１１ａとＴｉＣ層１２ａにはダメージも発生せず、オーミック特性の劣化も生じない。
【００７６】
図５は、本発明の半導体装置に関する別の例で、半導体装置２０の模式的な断面を示す図である。
【００７７】
図５に示す半導体装置２０は、図３に示す半導体装置１５のＮｉからなる第３金属層１１上に、Ｔｉからなるバッファ層２１、Ｐｔからなるバリア層２２およびＡｕからなる第４金属層２３を順次追加形成したものである。
【００７８】
バッファ層２１は、チタン（Ｔｉ）もしくはクロム（Ｃｒ）からなり、第２金属の炭化物層１２ａまたは第３金属層１１ｂとバリア層２２の間に形成されて、第２金属の炭化物層１２ａまたは第３金属層１１ｂとバリア層２２の間の密着性を向上する役割を持つ。尚、第２金属の炭化物層１２ａまたは第３金属層１１ｂとバリア層２２の各材料の組み合わせによっては、バッファ層２１の形成を省略することも可能である。
【００７９】
バリア層２２は、白金（Ｐｔ），タングステン（Ｗ）もしくはチタン−タングステン（Ｔｉ−Ｗ）合金からなり、第２金属の炭化物層１２ａ，第３金属層１１ｂもしくはバッファ層２１上に形成される。バリア層２２は、後工程のはんだ付け温度（１５０〜５００℃）においても融解しない材料であり、実装時にはんだ材の拡散を防止する役割を持つ。
【００８０】
第４金属層２３は、金（Ａｕ）もしくは金（Ａｕ）合金からなり、バリア層２２上に形成される。第４金属層２３（およびバリア層２２）は、低抵抗であると同時に高い耐熱性を有し、後述する金（Ａｕ）基はんだ材との適合性もよい。従って、第４金属層２３（およびバリア層２２）は、ＳｉＣの高耐熱性を阻害することがなく、電極や配線を形成するための金属層として好適である。
【００８１】
尚、バリア層２２の厚さは、２０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが好ましい。これによって、第１金属のＮｉまたはＮｉ合金と第４金属層２３を構成するＡｕもしくはＡｕ合金あるいは後工程のはんだ材との相互拡散を十分に防止することができ、上記した各層の機能を効果的に発揮させることができる。
【００８２】
図５に示す半導体装置２０の製造においては、バッファ層２１および／またはバリア層２２は、スパッタにより形成することが好ましい。これにより、高い密着力を持つバッファ層２１および／またはバリア層２２とすることができる。
【００８３】
また、バッファ層２１および／またはバリア層２２を形成する前に、図２（ａ）の第２金属層１２と第１金属層１１による熱処理層（第２金属の炭化物層１２ａまたは第３金属層１１ｂ）の表面を、アルゴン（Ａｒ）プラズマ処理することが好ましい。これによって、熱処理層の表面がクリーニングされる。このため、これによっても、熱処理層（第２金属の炭化物層１２ａまたは第３金属層１１ｂ）に対するバッファ層２１および／またはバリア層２２の密着強度を高めることができる。
【００８４】
図５の半導体装置２０の製造においては、バッファ層２１の形成工程および／またはバリア層２２の形成工程と第４金属層２３の形成工程は、同一チャンバ内で連続して行うことが好ましい。また、バッファ層２１の形成工程および／またはバリア層２２の形成工程と第４金属層２３の形成工程は、１×１０−８Ｔｏｒｒ以下の真空中で行うことが好ましい。これらによって、各層形成時に、不要な酸素等の取り込みを抑制することができ、これに起因した各層の密着強度の低下を抑制することができる。
【００８５】
図６に、図５の半導体装置２０と同様の別の半導装置２４について、スパッタしながらオージェ電子分析した、深さ方向の元素分析結果の一例を示す。
【００８６】
グラフの横軸の各スパッタ時間が、同じ位置にある上部に示した半導装置２４の各層に対応している。また、図の上部に示した半導装置２４の各層は、同じ符号を付した図５の半導体装置２０の各層に対応している。尚、図６の半導装置２４のＮｉＳｉ２層１１ａ中とＴｉＣ層１２ａ中には、図４（ｃ）に示したカーボン（Ｃ）もしくはグラファイト（Ｃ）粒子１３の析出、あるいはＮｉもしくはＮｉとＳｉの合金からなる粒子１４の析出があるが、簡単化のために図示を省略している。
【００８７】
図５と図６に示す半導装置２０，２４では、ＳｉＣ基板１に形成されたＡｕもしくはＡｕ合金からなる第４金属層２３を、金（Ａｕ）−ゲルマニウム（Ｇｅ）や金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）といった金（Ａｕ）基はんだを介して、基材にはんだ付け接合することができる。
【００８８】
これによって、ＳｉＣの高耐熱性を阻害することなく、
１５０〜２５０℃の高温において当該半導体装置２０，２４を動作させることができると共に、高い信頼性を確保することができる。従って、上記Ａｕ基はんだを介した接合は、例えば、当該半導体装置２０，２４をヒートシンクやリードフレームなどの基材に搭載する場合の裏面側の接合に好適である。
【００８９】
また、図５と図６に示す半導装置２０，２４では、ＳｉＣ基板１に形成された第４ＡｕもしくはＡｕ合金からなる第４金属層２３が、基材に対して、金（Ａｕ）−金（Ａｕ）圧縮接続されるようにしてもよい。
【００９０】
この場合には、ＳｉＣの高耐熱性を阻害することなく、
２５０℃以上の高温において当該半導体装置２０，２４を動作させることができると共に、高い信頼性を確保することができる。
【００９１】
以上示したように、上記した半導体装置１０，１５〜１８，２０，２４およびその製造方法は、ＳｉＣ基板１との良好なオーミック特性が確保され、剥がれやダメージが抑制された表面メタライズ構造を有するＳｉＣ半導体装置およびその製造方法となっている。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の半導体装置の一例で、半導体装置１０の模式的な断面を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１の半導体装置１０の製造方法を示す工程別断面図である。
【図３】本発明の半導体装置に関する別の例で、半導体装置１５の模式的な断面を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体装置に関する別の例で、それぞれ、半導体装置１６〜１８の模式的な断面を示す図である。
【図５】本発明の半導体装置に関する別の例で、半導体装置２０の模式的な断面を示す図である。
【図６】別の半導装置２４について、深さ方向の元素分析結果の一例を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、ＳｉＣ基板を用いた従来の半導体装置において、電極形成等のために通常用いられる表面メタライズ方法を示す工程別断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
９，１０，１５〜１８，２０，２４  半導体装置
１  ＳｉＣ基板
１１ａ  第１金属の珪化物層：ＮｉｘＳｉｙ（ＮｉＳｉ２、・・・etc）
１２ａ  第２金属の炭化物層：ＴｉａＣｂ（ＴｉＣ、・・・etc）
１１  第１金属からなる層（Ｎｉ層）
１２  第２金属からなる層（Ｔｉ層）
１１ｂ  第３金属層（Ｎｉ層）
１３  カーボン（Ｃ）もしくはグラファイト（Ｃ）粒子
１４  第１金属（Ｎｉ）もしくは第１金属とシリコン（Ｓｉ）の合金からなる粒子
２１  バッファ層
２２  バリア層
２３  第４金属層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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